JP2007120772A

JP2007120772A - ヒートポンプ式温風暖房機

Info

Publication number: JP2007120772A
Application number: JP2005308998A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Takahashi; 俊彦高橋
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2007-05-17

Abstract

【課題】暖房運転時でも室内が冷却されない換気機能を備え、同換気機能を利用して成績係数（ＣＯＰ）を向上させることのできるヒートポンプ式温風暖房機を提供することを目的とする。
【解決手段】ファンコンベクタ９に接続される室外側温水流出管１１に、空気流通路２３を備え、吹出口２０ｂを備えた第一通気ダクト２６に接続される第二通気ダクト２２を被覆させ、前記室外側温水流出管１１から温水が流出する際、前記第二通気ダクト２２の空気流通路２３を流れる、室外から吸引された空気により温水を冷却することにより、ＣＯＰ値を改善する。又、冬場の暖房運転において、前記第二通気ダクト２２で室外から吸引された冷気を、流出していく温水により加熱することにより、快適な換気を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、ヒートポンプ式温風暖房機に係わり、より詳細には、成績係数（ＣＯＰ）を向上させる一方、室内と室外との換気を行えるようにした構成に関する。

従来のヒートポンプ式暖房機４５は、例えば図６（Ａ）で示すように、圧縮機４６と、四方弁４７と、室外熱交換器４８と、第一キャピラリチューブ４９及びこれに併設された逆止弁５０と、室内熱交換器５１と、第二キャピラリチューブ５２と、放熱器５３と、同第二キャピラリチューブ５２及び放熱器５３とに並設された逆止弁５４とを順次接続して冷媒回路を構成している。冷媒運転時、前記圧縮機４６から吐出された高温高圧の冷媒は、前記四方弁４７を介して前記室外熱交換器４８に流入する。流入した冷媒は熱を放出して凝縮し、凝縮した冷媒は前記第一キャピラリチューブ４９により断熱膨張して低温低圧となる。低温低圧となった冷媒は前記室内熱交換器５１で熱を吸収して蒸発し、前記逆止弁５４と前記四方弁４７とを経て前記圧縮機１に還流するようになっている。

暖房運転時、前記圧縮機４６から吐出された高温高圧の冷媒は、前記四方弁４７を介して前記放熱器５３に流入する。同放熱器５３に流入した冷媒は熱を放出して凝縮し、放出された熱は室内を暖房する一方、凝縮した冷媒は前記第二キャピラリチューブ５２により断熱膨張して低温低圧となる。低温低圧となった冷媒は前記室内熱交換器５１と前記室外熱交換器４８とで熱を吸収して蒸発し、前記四方弁４７を経て前記圧縮機１に還流するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

前記放熱器５３から放出された熱は室内を暖房するとともに、上昇して天井面近傍に滞留する傾向がある。この際、壁面上方に設置された前記室内熱交換器５１が、天井面近傍に滞留した空気を吸入して冷媒と熱交換することにより、熱の回収を行い、冷媒回路の成績係数（ＣＯＰ）を改善させるようになっている。

しかしながら、滞留した空気に含有される熱を全て回収するには限界があり、成績係数（ＣＯＰ）の改善には、新たな方法が求められていた。

ヒートポンプ式温風暖房機とは異なるが、従来の空気調和機として例えば、図６（Ｂ）の斜視図及び図５（Ｃ）の断面図で示すように、前面上部に吸込口５５ａを、前面下部に吹出口５５ｂを備えた本体５５内に熱交換器５６を設けるとともに、同本体５５の一側に、換気用送風機５７を設け、室外の空気と室内の空気とを交換する技術が提示されている。前記換気用送風機５７は内部に渦流ファン５８を備え、前記本体５５の後方側へ延出され室外に連通するダクト５９を備えており、同ダクト５９には前記５６に接続される冷媒配管が並設されている（例えば、特許文献２参照）。

暖房運転時、前記ダクト５９により吸込まれた室外の空気は、並設された冷媒配管により加熱され、前記渦流ファン５８により室内に送出されるようになっている。又、前記渦流ファン５８が逆回転することにより室内の空気は前記ダクト５９を介して室外に排出されるようになっている。

しかしながら、従来の空気調和機では、戻り冷媒を冷却しても、ＣＯＰの向上には寄与しないことが知られている。

特開昭５９−１１９１５０号（２頁、図１）特開２０００−１９３２６９号（３頁、図３）

本発明は、上記問題点に鑑み、換気機能を利用して成績係数（ＣＯＰ）を向上させることのできるヒートポンプ式温風暖房機を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、圧縮機と、冷媒間熱交換器と、減圧手段と、蒸発器とからなる冷媒回路と、前記冷媒間熱交換器と、放熱器及び送風ファンを備えたファンコンベクタと、温水ポンプとからなる温水循環回路とを備え、壁面に設置され、前記放熱器に接続される壁面コンセントと、前記冷媒間熱交換器とを室外側温水流出管及び室外側温水流入管により配管接続してなるヒートポンプ式温風暖房機において、一端を室外に開放し、他端を室内に開放した通気ダクトを設け、同通気ダクト内に前記室外側温水流出管の一部を挿通させてなる構成となっている。又、前記通気ダクトが、前記壁面コンセントに形成された吹出口に連通する第一通気ダクトと、同第一通気ダクトに一端を接続され、他端を室外に開放した第二通気ダクトとからなり、前記第一通気ダクト、又は、前記第二通気ダクトのいずれかに送風手段を設けてなる構成となっている。

本発明によると、一端を室外に開放し、他端を室内に開放する一方、送風手段を備えた通気ダクトを設け、同通気ダクト内に室外側温水流出管の一部を挿通させることにより、前記室外側温水流出管から温水が流出する際、前記通気ダクトを流れる空気により温水を冷却して、冷媒間熱交換器での熱交換量を増加させ、これにより冷媒回路のＣＯＰ値を向上させるようになっている。又、冬場の暖房運転において、前記通気ダクトから吸引された冷気を流出していく温水により加熱して室内に放出することにより、快適な換気を行うことが可能となっている。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

図１は本発明によるヒートポンプ式温風暖房機の冷媒回路図であり、図２は室内に据付けられるファンコンベクタの断面図である。図３は室内の壁面に装着される温水コンセントを示す斜視図であり、図４は他の実施例を夫々示す斜視図である。

本発明によるヒートポンプ式温風暖房機１は、図１で示すように、圧縮機４と、冷媒と温水との間で熱交換を行う冷媒間熱交換器５と、減圧手段としての電子膨張弁６と、送風ファン７ａを備えた蒸発器７とを順次接続して冷媒回路２を構成する一方、前記冷媒間熱交換器５と、室内に据付けられるファンコンベクタ９と、温水を循環させる温水ポンプ８とを順次接続して温水循環回路３を構成している。前記ファンコンベクタ９には、循環する温水により周囲に熱を放出する放熱器１４が設けられており、同放熱器１４は前記温水回路３の室外側温水流入管１０及び室外側温水流出管１１とに、後述する温水コンセントを介して接続されている。

前記冷媒回路２は、ＣＯ２（二酸化炭素）冷媒が循環するヒートポンプサイクルとして構成され、ＣＯ２冷媒は前記圧縮機４により圧縮されて高圧側圧力が臨界圧力以上となり、これに伴い前記圧縮機４での吐出側冷媒温度を１００°Ｃ以上とすることができるようになっている。前記冷媒間熱交換器５は、例えば二重管として形成され、二重管の一方をＣＯ２冷媒が流れ、他方を温水が相対向するように流れてＣＯ２冷媒と温水との間で熱交換が行われるようになっている。

前記冷媒回路２では、前記圧縮機４で圧縮された高温高圧のＣＯ２冷媒は、矢印で示すように前記冷媒間熱交換器５に流入し、これを循環する温水と熱交換して、温水が約８０°Ｃとなるように加熱し、続いて前記電子膨張弁６により断熱膨張して低温低圧となる。低温低圧となったＣＯ２冷媒は前記蒸発器７で周囲の熱を吸収して前記圧縮機４に還流するようになっている。尚、ＣＯ２冷媒は臨界圧力以上に加圧されることにより、前記冷媒間熱交換器５で放熱しても凝縮しないようになっている。

又、温水循環回路３では、前記冷媒間熱交換器５で加熱された温水は、前記ファンコンベクタ９に流入し、前記放熱器１４で放熱して低温水となり、再び前記冷媒間熱交換器５に流入して再加熱されるようになっている。

前記ファンコンベクタ９は、図２の断面図で示すように、ベース９ｂと、同ベース９ｂに支持される前面パネル及び後部パネルとから本体９ａを構成し、同本体９ａの背面上部に複数の桟からなる吸込口１２を、前面下部に、上下偏向板１３ａと左右偏向板１３ｂとを備えた吹出口１３を設けている。前記吸込口１２と前記吹出口１３とを結ぶ空気通路には、前記温水回路３から供給される温水を循環させ、通過する空気に熱を放出する放熱器１４と、加熱された空気を前記吹出口１３から室内に送出する送風ファン１５が設けられている。又、前記放熱器１４からは、同放熱器１４に温水を循環させる室内側温水流出管１７及び室内側温水流入管１８とが導出され、これらは、流出プラグ１６ａと流入プラグ１６ｂとを突設させた室内側コンセント１６に夫々接続されている。

前記室外側温水流入管１０及び前記室外側温水流出管１１とは、図３で示すように、室内の壁面に設置される壁面コンセント１９に接続されている。同壁面コンセント１９は、上部に接続口２０ａを開放し、下部に複数の桟による吹出口２０ｂを形成した矩形状のパネル２０と、前記吹出口２０ｂに接続される第一通気ダクト２６とからなっている。

前記室外側温水流入管１０の前記接続口２０ａに臨む先端部には、前記室内側コンセント１６に突設された流入プラグ１６ｂが着脱自在に挿入嵌合される接続プラグ１０ａが装着されており、又、同室外側温水流入管１０の周囲には、断熱材２１ａと、同断熱材２１ａを保護する樹脂材からなる保護カバー２１とが被覆されており、前記冷媒間熱交換器５から送出された高温の温水の温度を維持するようになっている。

前記室外側温水流出管１１の前記接続口２０ａに臨む先端部には、前記室外側温水流入管１０と同様に、前記室内側コンセント１６に突設された流出プラグ１６ａが着脱自在に挿入嵌合される接続プラグ１１ａが装着されている。

前記室外側温水流出管１１の前記接続プラグ１１ａの近傍には、前記第一通気ダクト２６に接続される第二通気ダクト２２が設けられている。同第二通気ダクト２２は前記室外側温水流出管１１の剥き出しとなった外周面との間に隙間を設けて空気流通路２３を形成し、室外側の一端を拡開して室外の空気を吸入する吸入口を形成し、同吸入口に、防虫及び塵埃防止用のネット２４を張設しており、又、前記室外側温水流出管１１には、これを覆う前記第二通気ダクト２２の吸込口から前記冷媒間熱交換器５に掛けて保護カバー２５が被覆されるようになっている。又、前記第二通気ダクト２２の前記接続プラグ１１ａ側には、室外側温水流出管１１を導出する導出孔２２ａを穿設しており、同第二通気ダクト２２の室内側は前記第一通気ダクト２６の接続部２７に接続されている。同第一通気ダクト２６は前記吹出口２０ｂに向けて流路面積が暫増しており、流路内に、送風ファン２８と、同送風ファン２８を駆動する駆動モータ２８ａを設けている。

前記駆動モータ２８が前記送風ファン２８を駆動すると、前記第二通気ダクト２２の前記ネット２４を張設した吸込口から室外の空気が吸引され、前記空気流通路２３で前記室外側温水流出管１１を流れる温水と熱交換した後、前記第一通気ダクト２６を介して前記吹出口２０ｂから室内に送出されるようになっている。

次に動作について説明する。前記ファンコンベクタ９の前記吸込口１２から吸込まれた室内の空気は、約８０°Ｃの温水が流入した前記放熱器１４から放出される熱を吸収して約５０°Ｃ前後まで加熱され、加熱された空気は前記送風ファン１５により前記吹出口１３から、室内及び室内に居るユーザーに向けて高温の温風となって吹出されるようになっている。

前記室外側温水流入管１０及び前記室内側温水流入管１８を介して前記放熱器１４に流入してきた約８０°Ｃの温水は熱を放出することにより温度が約５０°Ｃまで低下し、前記室内側温水流出管１７と、前記室内側コンセント１６と、前記室外側温水流出管１１とを介して前記冷媒間熱交換器５に還流するようになっている。この際、前記室外側温水流出管１１に温水が流入すると、前記第二通気ダクト２２の空気流通路２３を流れる空気により冷却され、約５°Ｃ低下した後、前記冷媒間熱交換器５に還流するようになっている。

又、室外から吸込まれ前記第二通気ダクト２２の空気流通路２３を流れる空気は、前記室外側温水流出管１１を流れる温水により加熱され、前記送風ファン２８により前記第一通気ダクト２６に連通した前記吹出口２０ｂから室内に送出されるようになっている。

次に、上記構成による前記冷媒回路２でのＣＯＰ（成績係数）の向上効果について、シミュレーション計算結果に基づいて説明する。図４で示すグラフはモリエル線図であり、横軸にエンタルピ（ｋＪ／ｋｇ）を、縦軸にＣＯ２冷媒圧力Ｐ（ＭＰａ）を表示している。シミュレーション計算の仮定条件として、前記圧縮機４での吐出側のＣＯ２冷媒吐出温度Ｔ＝１００°Ｃ、吐出側冷媒圧力Ｐ２＝１１．５ＭＰａとすると、前記圧縮機４の吐出側ＣＯ２冷媒のエンタルピｈ１はｈ１＝４９０ｋＪ／ｋｇとなる。又、前記圧縮機４での吸込側のＣＯ２冷媒吸込温度Ｔ＝１８°Ｃ、吸込側冷媒圧力Ｐ１＝４ＭＰａとすると、前記圧縮機４の吸込側ＣＯ２冷媒のエンタルピｈ２はｈ２＝４４９ｋＪ／ｋｇとなる。又、前記温水循環回路３における前記室外側温水流出管１１での温水温度ｔ２がｔ２＝５０°Ｃで流出する場合、前記冷媒間熱交換器５での熱交換により、前記冷媒回路２での前記膨張弁６の入口側冷媒温度は約５３°Ｃとなり、そのエンタルピｈ３は前記モリエル線図より、ｈ３＝３４８ｋＪ／ｋｇと導びかれる。上記したｈ１＝４９０ｋＪ／ｋｇ、ｈ２＝４４９ｋＪ／ｋｇ及びｈ３＝３４８ｋＪ／ｋｇを用いて前記冷媒回路２でのＣＯＰ値を計算すると、計算結果は約３．５となる。これに対し、前記第二通気ダクト２２の空気流通路２３を流れる空気により前記室外側温水流出管１１から流出していく温水をｔ２＝５０°Ｃから約５°Ｃ程度冷却してｔ１＝４５°Ｃにすると仮定すると、前記膨張弁６の入口側冷媒温度は約４８°Ｃとなり、そのエンタルピｈ４はｈ４＝３２９ｋＪ／ｋｇとなる。この際のＣＯＰ値の計算結果は約３．９となり、これにより、温水温度ｔ２が５０°Ｃで流出していく場合のＣＯＰ値に比較してこれを約５°Ｃ程度冷却すると、ＣＯＰ値は約０．４程改善されることがわかる。ゆえに、流出していく温水を冷却することによりエネルギ効率が高く、且つランニングコストを低減できるヒートポンプ式温風暖房機とすることができるようになっている。

又、冬場の暖房運転において換気運転を行うと、冷風が室内に吹出される虞があるが、前記第二通気ダクト２２において、室外から吸引された冷気を、室内から室外に流出していく温水により加熱して前記吹出口２０ｂから室内に送出することにより、快適な換気を行うことが可能となっている。

次に、前記第二通気ダクトの他の実施例について説明する。図５（Ａ）で示す第二通気ダクト３４は、空気流通路３７ａを形成したパイプ３７内に、周囲に複数の放熱フィン３６を形成した室外側温水流出管３５を収納し、前記放熱フィン３６により空気と温水との熱交換性をより高めるようになっている。図５（Ｂ）で示す第二通気ダクト３８は、空気流通路４０ａを形成し、室外側温水流出管３９を収納したパイプ４０を蛇腹状に形成し、前記空気流通路４０ａを流れる空気に乱流を発生させて、温水との熱交換性をより高めるようになっている。

本発明によるヒートポンプ式温風暖房機の冷媒回路図である。室内に据付けられるファンコンベクタの断面図である。室内の壁面に装着される壁面コンセントを示す斜視図である。冷媒回路のモリエル線図である。（Ａ）、（Ｂ）は夫々第二通気ダクトの他の実施例を示す斜視図である。（Ａ）は従来のヒートポンプ式暖房機を示す冷媒回路図である。（Ｂ））、（Ｃ）は従来の空気調和機を示す斜視図及び断面図である。

符号の説明

１ヒートポンプ式温風暖房機
２冷媒回路
３温水循環回路
４圧縮機
５冷媒間熱交換器
６電子膨張弁
７蒸発器
７ａ送風ファン
８温水ポンプ
９ファンコンベクタ
９ａ本体
９ｂベース
１０室外側温水流入管
１０ａ接続プラグ
１１室外側温水流出管
１１ａ接続プラグ１１ａ
１２吸込口
１３吹出口
１３ａ上下偏向板
１３ｂ左右偏向板
１４放熱器
１５送風ファン
１６室内側コンセント
１６ａ流出プラグ
１６ｂ流入プラグ
１７室内側温水流出管
１８室内側温水流入管
１９壁面コンセント
２０パネル
２０ａ接続口
２０ｂ吹出口
２１保護カバー
２１ａ断熱材
２２第二通気ダクト
２２ａ導出孔
２３空気流通路
２４ネット
２５保護カバー
２６第一通気ダクト
２７接続部
２８送風ファン
２８ａ駆動モータ
３４第二通気ダクト
３５室外側温水流出管
３６放熱フィン
３７パイプ
３７ａ空気流通路
３８第二通気ダクト
３９室外側温水流出管
４０パイプ
４０ａ空気流通路

Claims

圧縮機と、冷媒間熱交換器と、減圧手段と、蒸発器とからなる冷媒回路と、前記冷媒間熱交換器と、放熱器及び送風ファンを備えたファンコンベクタと、温水ポンプとからなる温水循環回路とを備え、壁面に設置され、前記放熱器に接続される壁面コンセントと、前記冷媒間熱交換器とを室外側温水流出管及び室外側温水流入管により配管接続してなるヒートポンプ式温風暖房機において、
一端を室外に開放し、他端を室内に開放した通気ダクトを設け、同通気ダクト内に前記室外側温水流出管の一部を挿通させてなることを特徴とするヒートポンプ式温風暖房機。
前記通気ダクトが、前記壁面コンセントに形成された吹出口に連通する第一通気ダクトと、同第一通気ダクトに一端を接続され、他端を室外に開放した第二通気ダクトとからなり、前記第一通気ダクト、又は、前記第二通気ダクトのいずれかに送風手段を設けてなることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式温風暖房機。